(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体（１０）と、回路構成（５０）を有する少なくとも１つの基板キャリア（４０）と、前記回路構成（５０）から延出する電気結合要素（６０、６２）とを備えるパワー半導体モジュール（１）であって、
前記基板キャリア（４０）が、表面仕上げされた銅板として作製され、パワー半導体モジュール（１）の内部に向けられた基板キャリア（４０）の内側主面（４６）から基板キャリア（４０）の外側主面（４４）まで及んで貫通する少なくとも１つの切り取り部（４２）を有し、前記内側主面（４６）での前記切り取り部（４２）の内法幅が、前記外側主面（４４）での前記切り取り部（４２）の内法幅よりも小さく、
前記基板キャリア（４０）の内側主面（４６）に、前記銅板に対して電気的に絶縁されて構築されたパワー電気回路構成（５０）が配置され、
前記筐体（１０）が、前記基板キャリア（４０）を受け入れるための凹部（１２）を有し、更に、前記凹部（１２）に受け入れられた基板キャリア（４０）の領域内にて少なくとも１つの突起（２０）を有し、前記凹部（１２）に受け入れられた基板キャリア（４０）の領域外に冷却構造部材とのねじ接続のための２つの通し穴（１６）を有し、
前記凹部（１２）内に配置された基板キャリア（４０）が、前記筐体（１０）によって側部を取り囲まれ、
前記突起(２０)が、前記基板キャリア（４０）の前記切り取り部（４２）内に貫入して、前記基板キャリア（４０）とのリベット接続を形成する、パワー半導体モジュール（１）。
【請求項２】
前記筐体（１０）と前記基板キャリア（４０）とのリベット接続が、前記基板キャリア（４０）の各切り取り部（４２）が密閉して閉じられて、パワー半導体モジュールの内部空間がポッティング材で充填されるように形成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記筐体（１０）の各突起（２０）が、前記筐体（１０）と一体成形され、前記筐体（１０）の前記凹部（１２）が、前記基板キャリア（４０）の前記内側主面（４６）に対向して、かつ取り囲むように延在する弾性密閉機構（３０）を有する、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
少なくとも１つの電気結合要素（６２）が、ばね接触機構として形成される、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記基板キャリア（４０）の各切り取り部（４２）が、前記外側主面（４４）に底面を有して円錐台状に形成される、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１）を製造するための方法であって、
・少なくとも１つの栓状の突起（２０）を有するプラスチックからなる筐体（１０）を形成するステップであって、前記突起（２０）が、パワー半導体モジュール（１）の外部の方向に向けられ、基板キャリア（４０）のための割り当て切り取り部（１２）の領域内に配置され、前記突起（２０）が、前記半導体キャリア（４０）の外側主面（４４）によって成される面を越えて突出するステップと、
・少なくとも１つの基板キャリア（４０）を配置するステップであって、前記筐体（１０）の少なくとも１つの突起（２０）が、前記基板キャリア（４０）の前記割り当て切り取り部（４２）を通って貫入し、前記基板キャリア（４０）の外側主面（４４）を越えて突出するステップと、
・前記筐体（１０）の少なくとも１つの突起（２０）の端部を変形するステップであって、それにより前記端部が広がり、その際、リベット接続を形成し、かつそれと同時に、前記基板キャリア（４０）の外側主面（４４）によって成される面よりも内側に位置されるステップと
を有する方法。
【請求項７】
前記変形が、温度と超音波のすくなくとも一方の作用によって行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
引き続いて、前記パワー半導体モジュール（１）の内部空間が、少なくとも部分的に、電気絶縁ポッティング材で充填される、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体と、パワー電子回路構成を有する少なくとも１つの基板キャリアと、前記パワー電子回路構成から延出する電気結合要素とを備えるパワー半導体モジュールに関し、前記基板キャリアは、筐体の凹部内に配置され、筐体によって側部を取り囲まれている。
【背景技術】
【０００２】
例として、特許文献１に、上述した種類のパワー半導体モジュールが開示されており、その基本的な特徴について長い間知られている。従来技術によるそのようなパワー半導体モジュールは、基板キャリアを有し、基板キャリアが、パワー半導体モジュールの下端面を成す。その際、絶縁体筐体が、その長手方向側部でこの基板キャリアを越えて突出して、基板キャリアを取り囲む。そのような基板キャリアは、好ましくは銅からなる平坦な金属成形体として形成されることが多い。それにより、パワー電子回路構成から冷却構造部材への熱輸送のための効果的な熱拡散により生じる熱抵抗が小さい。
【０００３】
さらに、従来技術によれば、現時点では流体状の絶縁体、例えばシリコーンゴムで筐体を充填する際、このシリコーンゴムの流出を回避するために、基板キャリアが筐体と接着されることが知られている。さらに、筐体は、金属リベット接続によって基板キャリアと接続される。このリベット接続は、貫通する切り取り部を有する中空体として形成され、ねじ接続によって、冷却構造部材に対するパワー半導体モジュールの固定も可能にする。従来技術によれば、このリベット接続は、真鍮リベットとして形成される。この理由は、真鍮リベットが、真鍮の鉛含有分に基づいてある程度の変形を可能にし、したがってリベット接続を可能にするためである。
【０００４】
基板キャリア自体に、そこから絶縁されて、パワー半導体モジュールの回路構成が配置される。それに関して、パワートランジスタ、パワーダイオード、および／またはパワーサイリスタを有する様々な回路構成が知られている。回路構成は、絶縁基板、例えばＤＣＢ（直接銅接合）基板によって基板キャリアから絶縁される。
【０００５】
さらに、負荷および補助結合のための様々に設計された結合要素、例えば制御式のパワー半導体素子のための制御結合も、従来技術に含めることができる。それに関して、これらの結合要素と基板、または回路構成のパワー半導体素子との様々な接続技術が知られている。ここで、はんだ接続、加圧接触接続、および／または加圧焼結接続が特に好ましい。
【０００６】
従来技術によるパワー半導体モジュールの欠点は、半導体キャリアが接着接続によってもリベット接続によっても筐体と接続され、これは確実な接続を保証するが、製造技術面でのコストもかかることである。
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１  ００  ４６０  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、基板キャリアを備えるパワー半導体モジュールであって、基板キャリアが、低コストであり自動化可能な製造方法で達成可能である接続手段によってパワー半導体モジュールの筐体と組み立てられるパワー半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する物品によって、および請求項８に記載の方法によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載される。
【００１０】
筐体と、筐体の凹部内に配置され、筐体によって側部、好ましくは全ての側部を取り囲まれる少なくとも１つの基板キャリアとを備えるパワー半導体モジュールが本発明の出発点を成す。この基板キャリアに、パワー電子回路構成が形成され、パワー電子回路構成から、負荷および補助結合のための結合要素が延出する。したがって、基板キャリアが、冷却構造部材に対向するパワー半導体モジュールの外面または外面の一部を成す。
【００１１】
本発明によれば、ここで、基板キャリアは、パワー半導体モジュールの内部から外部に及んで貫通する少なくとも１つの切り取り部を有する。基板キャリアのこの少なくとも１つの切り取り部の内法幅は、パワー半導体モジュールの内部に向けられた基板キャリアの内側主面において、パワー半導体モジュールの外部に向けられた基板キャリアの外側主面での内法幅よりも小さい。
【００１２】
さらに、筐体が、少なくとも１つの突起を有し、この突起は、基板キャリアの対応する切り取り部内に貫入し、基板キャリアの内部での突起の厚さは、内部から外部に向かって増大する。それにより、この少なくとも１つの突起が、基板キャリアとそれぞれ１つのリベット接続を形成する。
【００１３】
そのようなパワー半導体モジュールを製造するための本発明に係る方法は、以下の本質的な方法ステップを有する。
・少なくとも１つの栓状の突起を有するプラスチック材料からなる筐体を形成するステップであって、突起が、パワー半導体モジュールの外部の方向に向けられるステップ。その際、この少なくとも１つの突起は、基板キャリアのための切り取り部の領域内に配置されることが好ましい。その際、各突起は、半導体キャリアの配置後に半導体キャリアの外側主面によって成される面を越えて突出する。
・好ましくは筐体の対応する切り取り部内に少なくとも１つの基板キャリアを配置するステップ。その際、筐体の少なくとも１つの突起が、基板キャリアの対応する切り取り部を通って貫入し、基板キャリアの外側主面を越えて延在する。
・筐体の少なくとも１つの突起の各端部を、その端部が広がり、それにより各リベット接続が形成されるように変形するステップ。同時に、それにより、各突起は、基板キャリアの外側主面によって成される面よりも内側に配置される。この変形は、温度および／または超音波の効果によって行われることが好ましい。
【００１４】
ここで、パワー半導体モジュールの内部空間をポッティング材で充填し、切り取り部の領域内にポッティング材が流出しないようにするために、筐体の少なくとも１つの突起のこの変形により、基板キャリアの対応する切り取り部を十分に密閉して閉じることが好ましいことがある。
【００１５】
さらに、基板キャリアが、その機能を基板自体によって代用されることが特に好ましいことがある。その際、基板は、パワー半導体モジュールを画定し、基板自体がリベット接続のための所要の切り取り部を有する。
【００１６】
筐体が弾性密閉機構を有すると好ましいことがある。その際、密閉機構は、好ましくは凹部の周りに環状に延在して配置され、かつ基板キャリアの内側主面に対向する。
【００１７】
本発明に係るパワー半導体モジュールの上記の構成により、筐体と少なくとも１つの基板キャリアとの容易に形成できる接続が達成される。このリベット接続は、結合要素の少なくとも１つがばね接触機構として形成されるとき、基板キャリアに及ぼされる力を受けることもできるように十分に固い。
【００１８】
この半導体デバイスの特に好ましいさらなる構成は、実施形態の各説明において挙げる。さらに、本発明の解決策を、実施形態および図１〜４に基づいて以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係るパワー半導体モジュール１の基板キャリアを伴わない、好ましくは１５０℃を超える温度まで安定なプラスチックからなる筐体１０を３次元で示す。ここで、筐体１０は、冷却機構（図示せず）に向いた側に、基板キャリアを受け入れるための凹部１２と、冷却構造部材とのねじ接続のための２つの通し穴１６とを有する。その際、この凹部１２は、配置可能な基板キャリアの全ての側部を取り囲むために、パワー半導体モジュール１の両方の長手方向側部にそれぞれ１つの隔壁１２０を有すると有利である。
【００２０】
パワー半導体モジュール１の内部には、結合要素、ここでは接触ばね６２として形成された補助結合要素を配置するためのさらなる通し穴１４が図示されている。これらの補助結合要素は、筐体１０の凹部１２内に配置可能な基板キャリアに配置された回路構成の外部接続を担う。
【００２１】
この凹部１２の領域内に、有利には凹部１２の狭い側部の縁部領域１２２内に、筐体１０は、筐体１０と一体成形された突起２０を有することが好ましい。これら突起２０は、ここでは栓状に形成され、配置され得る基板キャリアの方向に筐体１０から突出する。
【００２２】
さらに、好ましくは筐体１０と共に二成分射出成形法で製造された、弾性プラスチックからなる密閉機構３０が図示されている。この密閉機構３０は、筐体１０の凹部１２の縁部領域内で環状に延在する密閉リップを成し、この密閉リップは、好ましくは、突起２０が密閉リップの密閉領域の外側にあるように、突起２０を好適に取り囲む。
【００２３】
図２は、本発明に係るパワー半導体モジュール１の基板キャリア４０が配置された、図１による筐体１０の長手方向断面図を３次元で示す。ここで、基板キャリア４０は、表面仕上げされた銅板として作製される。この基板キャリア４０は、筐体１０の突起２０に位置合わせして貫通する切り取り部４２を有する。これら切り取り部４２は、パワー半導体モジュール１の内部から外部に及び、パワー半導体モジュール１の内部に向けられた内側主面４６でのその内法幅が、パワー半導体モジュール１の外部に向けられた外側主面４４でのその内法幅よりも小さい。
【００２４】
さらに、電気的に絶縁されて基板キャリア４０に配置されたパワー電子回路構成５０が図示されている。この回路構成から、パワー半導体モジュール１の外部接続のための負荷および補助結合要素６０が延出する。突起２０も含めた基体１００とカバー１０２とを有する筐体１０の二部片構成も図示され、基体１００とカバー１０２とは、スナップフィット接続１０４によって互いに接続される。
【００２５】
図３は、本発明に係るパワー半導体モジュール１の部分図を示し、この図では、筐体１０と基板キャリア４０とが互いに対して配置されている。ここでは、その上に配置された回路構成５０を有する基板キャリア４０と、本発明に係る方法によって変形する前の突起２０を有する筐体１０とが図示されている。
【００２６】
筐体１０の突起２０と位置合わせしてある基板キャリアの切り取り部４２は、ここでは円錐台状に形成され、基板キャリア４０の外側主面４４に円錐台４２０の底面を有する。
【００２７】
筐体１０と基板キャリア４０との耐久性のある接続のために、筐体１０の突起２０は、温度および／または超音波印加によって、図４に示されるように、基板キャリア４０の外側主面４４を越えて突出しなくなるように変形される。基板キャリア４０の切り取り部４２の適切な構成により、切り取り部４２は、その体積内に、変形された突起２０の体積を完全に受け入れることができる。したがって、好ましくは円形に形成される切り取り部４２の直径が外部に向かって増加していることにより、筐体１０と基板キャリア４０とのリベット式の接続が生じる。
【００２８】
ここで、基板キャリア４０は、配置可能な冷却構造部材と全面的な接触を行うことができるように、その外側主面４４で、冷却構造部材の方向に筐体１０をわずかに越えていると有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るパワー半導体モジュールの基板キャリアを伴わない筐体を３次元で示す図である。
【図２】本発明に係るパワー半導体モジュールの基板キャリアが配置された筐体を通る長手方向断面を３次元で示す図である。
【図３】筐体と基板キャリアとが互いに対して配置された本発明に係るパワー半導体モジュールの部分図である。
【図４】筐体と基板キャリアとが互いに接続された本発明に係るパワー半導体モジュールの部分図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワー半導体モジュール
１０  筐体
１２  凹部
１４  通し穴
１６  通し穴
２０  突起
３０  密閉機構
４０  基板キャリア
４２  切り取り部
４４  外側主面
４６  内側主面
５０  パワー電子回路構成
６０  負荷および補助結合要素
６２  接触ばね
１００  基体
１０２  カバー
１０４  スナップフィット接続
１２０  隔壁
１２２  縁部領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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